本發(fā)明涉及檢測高壓電路的絕緣電阻異常的異常檢測裝置。

背景技術(shù)：

至今之前，提出了檢測高壓電路的絕緣電阻的異常的異常檢測裝置。在專利文獻(xiàn)1中，作為異常檢測裝置，公開了電動(dòng)汽車的接地故障檢測電路。專利文獻(xiàn)1的接地故障檢測電路具有：一端連接到高壓電路的耦合電容；對(duì)耦合電容的另一端通過阻抗輸出振蕩信號(hào)的振蕩電路單元；以及基于阻抗和耦合電容之間的信號(hào)的振幅判定高壓電路的接地故障的接地故障檢測電路單元。

根據(jù)專利文獻(xiàn)1的接地故障檢測電路，如果高壓電路的絕緣電阻被正常地維持，則由振蕩電路單元輸出的振蕩信號(hào)沒有較大電壓降而被接地故障檢測電路單元檢測。另一方面，如果高壓電路發(fā)生接地故障，則由振蕩電路單元輸出的振蕩信號(hào)因從高壓電路向接地點(diǎn)流動(dòng)的電流而產(chǎn)生較大電壓降，接地故障檢測電路單元檢測該電壓降。由此，可以判定高壓電路的接地故障。

此外，專利文獻(xiàn)1的接地故障檢測電路，在接地故障檢測電路單元和耦合電容之間，具有阻斷由高壓電路產(chǎn)生的低頻噪聲的帶通濾波器或高通濾波器。若低頻噪聲沒有被阻斷，則振蕩電路單元的振蕩信號(hào)與低頻噪聲相加并被輸入到接地故障檢測電路單元。因此，在輸入的信號(hào)超過了接地故障檢測電路單元的動(dòng)態(tài)范圍的情況下，輸入到接地故障檢測電路單元的信號(hào)的一部分被限幅，難以進(jìn)行接地故障的準(zhǔn)確的檢測。但是，通過具有上述的帶通濾波器或高通濾波器，可以避免信號(hào)的限幅(clip)。

現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1：日本國專利第3781289號(hào)公報(bào)

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

在通過耦合電容連接到高壓電路，檢測高壓電路的絕緣電阻異常的異常檢測裝置中，本發(fā)明提供可以削減高壓電路的低頻噪聲的影響，并且不需要為了提取檢查信號(hào)而具有昂貴的輸入電容的濾波器電路的異常檢測裝置。

本發(fā)明的一方式的異常檢測裝置具有：包含第1端和連接到高壓電路的第2端的耦合電容；信號(hào)輸出單元；信號(hào)提取單元；以及信號(hào)輸入單元。信號(hào)輸出單元通過檢測電阻連接到耦合電容的第1端，輸出交流的檢查信號(hào)。信號(hào)提取單元將輸出到檢測電阻和耦合電容之間的檢查信號(hào)作為提取信號(hào)提取。信號(hào)輸入單元基于輸入的提取信號(hào)的電平，檢測高壓電路的絕緣電阻的異常。信號(hào)提取單元包括信號(hào)除去濾波器和減法電路。信號(hào)除去濾波器除去檢查信號(hào)的頻率的信號(hào)，通過比檢查信號(hào)頻率低的噪聲。減法電路將通過了信號(hào)除去濾波器的信號(hào)和非通過信號(hào)除去濾波器的信號(hào)的差信號(hào)作為提取信號(hào)輸出。

根據(jù)本發(fā)明，可以削減高壓電路的低頻噪聲的影響，并且不需要為了提取檢查信號(hào)而具有昂貴的輸入電容的濾波器電路。

附圖說明

圖1是表示比較例的異常檢測裝置的結(jié)構(gòu)圖。

圖2是表示本發(fā)明的實(shí)施方式1的異常檢測裝置的結(jié)構(gòu)圖。

圖3a是表示低通濾波器的第1具體例子的電路圖。

圖3b是表示低通濾波器的第2具體例子的電路圖。

圖4a是表示異常檢測裝置的信號(hào)輸出單元輸出的檢查信號(hào)的波形圖。

圖4b是表示附加了異常檢測裝置的低頻噪聲的節(jié)點(diǎn)n1的信號(hào)的波形圖。

圖4c是表示異常檢測裝置的第2低通濾波器的輸出信號(hào)的波形圖。

圖4d是表示從異常檢測裝置的差動(dòng)放大單元輸出的提取信號(hào)的波形圖。

圖5是表示本發(fā)明的實(shí)施方式2的異常檢測裝置的結(jié)構(gòu)圖。

圖6是表示本發(fā)明的實(shí)施方式3的異常檢測裝置的結(jié)構(gòu)圖。

圖7是表示圖6的緩沖電路的具體例子的電路圖。

具體實(shí)施方式

在本發(fā)明的實(shí)施方式的說明之前，簡單地說明現(xiàn)有技術(shù)中的問題。圖1表示適用了專利文獻(xiàn)1的接地故障檢測電路的結(jié)構(gòu)的、比較例的異常檢測裝置200。異常檢測裝置200具有：一端連接到高壓電路100的耦合電容c0；檢測電阻r0；信號(hào)輸出單元201；信號(hào)提取單元202；以及信號(hào)輸入單元203。高壓電路100具有：供給高壓的電池110；以及由高壓驅(qū)動(dòng)的負(fù)載120。高壓電路100如果正常則通過較高的絕緣電阻111與地分離。

異常檢測裝置200的信號(hào)輸出單元201通過檢測電阻r0對(duì)耦合電容c0的另一端輸出交流的檢查信號(hào)。信號(hào)提取單元202輸入檢測電阻r0和耦合電容c0的另一端的中間的節(jié)點(diǎn)的信號(hào)。信號(hào)提取單元202通過高通濾波器(hpf)211阻斷低頻噪聲，通過低通濾波器(lpf)212阻斷高頻噪聲，提取檢查信號(hào)的頻率分量的信號(hào)。差動(dòng)放大單元213將通過了高通濾波器211和低通濾波器212的信號(hào)放大并輸出到信號(hào)輸入單元203。信號(hào)輸入單元203基于提取出的信號(hào)的電平，檢測高壓電路100的絕緣電阻111的異常。

這樣，通過信號(hào)提取單元202具有高通濾波器211，削減由高壓電路100產(chǎn)生的低頻噪聲造成的影響，并可以避免信號(hào)輸入單元203的輸入信號(hào)被限幅這樣的不適情況。

另一方面，在高通濾波器211中，需要輸入電容。由于在高通濾波器211中被輸入頻率不高的檢查信號(hào)，所以對(duì)輸入電容要求比較大的容量。而且，假定在高通濾波器211中，因高壓電路100的異常而被施加高壓。因此，對(duì)輸入電容要求中高耐壓的特性。因它們的容量和耐壓的要求，輸入電容的零件大小增大，零件成本上升。因此，在異常檢測裝置200中，產(chǎn)生電路面積的增大、以及零件成本的增大的問題。

以下，參照附圖詳細(xì)地說明本發(fā)明的各種實(shí)施方式。

(實(shí)施方式1)

<結(jié)構(gòu)說明>

圖2是表示本發(fā)明的實(shí)施方式1的異常檢測裝置10的結(jié)構(gòu)圖。異常檢測裝置10例如是裝載在車輛上的、檢測高壓電路100的絕緣電阻111的異常的裝置。高壓電路100具有供給高壓的電池110、以及由高壓驅(qū)動(dòng)的負(fù)載(例如電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)用電機(jī)等)120。高壓電路100如果正常則通過較高的絕緣電阻111與地分離。在高壓電路100中，產(chǎn)生預(yù)先假定的頻率的低頻噪聲。

異常檢測裝置10具有耦合電容c0、信號(hào)輸出單元11、檢測電阻r0、信號(hào)提取單元12、以及信號(hào)輸入單元13。對(duì)異常檢測裝置10，供給低壓的電源(比高壓電路100的電源低的電壓)。

耦合電容c0將異常檢測裝置10和高壓電路100交流地連接，將高壓電路100和異常檢測裝置10直流地絕緣。耦合電容c0的一端連接到高壓電路100(例如電池110的負(fù)極)。

信號(hào)輸出單元11輸出交流的檢查信號(hào)。對(duì)信號(hào)輸出單元11，供給電源電壓的中間的電壓即偏置電壓。信號(hào)輸出單元11將以偏置電壓為中心、電壓變化的交流電壓作為檢查信號(hào)輸出。信號(hào)輸出單元11通過檢測電阻r0，對(duì)耦合電容c0的另一端輸出檢查信號(hào)。

檢測電阻r0是在通過耦合電容c0向高壓電路100流動(dòng)了電流時(shí)，用于對(duì)檢查信號(hào)產(chǎn)生電壓降的電阻。

信號(hào)提取單元12提取被輸出到檢測電阻r0和耦合電容c0之間的節(jié)點(diǎn)n1的檢查信號(hào)。信號(hào)提取單元12具有第1低通濾波器(相當(dāng)于噪聲除去濾波器)21、第2低通濾波器(相當(dāng)于信號(hào)除去濾波器)22、以及差動(dòng)放大單元(相當(dāng)于減法電路)23。在圖中，將低通濾波器記為lpf。

第1低通濾波器21除去比檢查信號(hào)的頻率高的高頻噪聲，使檢查信號(hào)和低頻噪聲通過。第1低通濾波器21的截止頻率被設(shè)定為比檢查信號(hào)的頻率高的頻率。

第2低通濾波器22除去檢查信號(hào)的頻率分量，使比檢查信號(hào)的頻率低的低頻噪聲通過。第2低通濾波器22的截止頻率被設(shè)定在高壓電路100中假定的低頻噪聲的頻率和檢查信號(hào)的頻率之間。

如圖3a所示，第1低通濾波器21和第2低通濾波器22也可以由具有運(yùn)算放大器op11、輸入電阻r11、r12、電容c11、c12的有源方式的低通濾波器構(gòu)成。此外，如圖3b所示，第1低通濾波器21也可以由具有配置在信號(hào)線中的電阻r13、信號(hào)線和地之間所連接的電容c13的無源方式的低通濾波器構(gòu)成。在第1低通濾波器21和第2低通濾波器22中，不需要容量較大、具有中高耐壓的特性的輸入電容。第1低通濾波器21和第2低通濾波器22具有不阻斷輸入信號(hào)的直流分量的特性，在輸入被附加了直流分量的信號(hào)的情況下，可以無需偏置電壓而原樣附加了直流分量地使信號(hào)通過。

差動(dòng)放大單元23將第1低通濾波器21的輸出和第2低通濾波器22的輸出之間的差信號(hào)作為信號(hào)提取單元12的提取信號(hào)輸出。具體而言，差動(dòng)放大單元23將第1低通濾波器21的輸出電壓和第2低通濾波器22的輸出電壓之間的電壓差以規(guī)定的增益放大后輸出。增益被設(shè)定得比1大，但增益也可以設(shè)為1以下。

信號(hào)輸入單元13從信號(hào)提取單元12輸入提取信號(hào)。具體而言，信號(hào)輸入單元13是微計(jì)算機(jī)，將信號(hào)提取單元12的提取信號(hào)進(jìn)行a/d(模擬/數(shù)字)轉(zhuǎn)換后輸入。而且，信號(hào)輸入單元13將提取信號(hào)的電平值與閾值進(jìn)行比較等，判定有無絕緣電阻111的異常。

<動(dòng)作說明>

圖4a～圖4d表示在異常檢測裝置的各點(diǎn)所輸出的信號(hào)。圖4a是表示從信號(hào)輸出單元輸出的檢查信號(hào)的波形圖，圖4b是表示被附加了低頻噪聲的節(jié)點(diǎn)n1的信號(hào)波形圖，圖4c是表示第2低通濾波器的輸出波形圖，圖4d是表示從差動(dòng)放大單元輸出的提取信號(hào)的波形圖。

如圖4a所示，信號(hào)輸出單元11輸出以規(guī)定振幅、規(guī)定的頻率變化的交流的檢查信號(hào)。

如圖4c所示，在高壓電路100中，產(chǎn)生比檢查信號(hào)的頻率低的低頻噪聲。若產(chǎn)生低頻噪聲，則如圖4b所示，對(duì)檢測電阻r0和耦合電容c0之間的節(jié)點(diǎn)n1，輸出將低頻噪聲和檢查信號(hào)合計(jì)的信號(hào)。合計(jì)的信號(hào)被傳送到第1低通濾波器21和第2低通濾波器22。

第1低通濾波器21除去頻率比檢查信號(hào)的頻率高的高頻噪聲。圖4b的波形圖中不包含高頻噪聲，所以在輸入了圖4b的信號(hào)的情況下，從第1低通濾波器21輸出與圖4b無改變的信號(hào)。

如圖4c所示，第2低通濾波器22除去檢查信號(hào)的頻率分量，輸出通過了低頻噪聲的分量的信號(hào)。

如圖4d所示，差動(dòng)放大單元23將第1低通濾波器21和第2低通濾波器22之間的差信號(hào)以規(guī)定增益放大，作為提取信號(hào)輸出。差動(dòng)放大單元23被供給規(guī)定的偏置電壓。根據(jù)規(guī)定的偏置電壓和規(guī)定增益，從差動(dòng)放大單元23對(duì)信號(hào)輸入單元13輸出的提取信號(hào)收斂在信號(hào)輸入單元13的動(dòng)態(tài)范圍(例如0v～5v)中。

信號(hào)輸入單元13從差動(dòng)放大單元23輸入提取信號(hào)，基于提取信號(hào)的電平判定有無高壓電路100的絕緣電阻111的異常。例如，如果絕緣電阻111被維持為正常的值，則輸入到信號(hào)輸入單元13的提取信號(hào)的振幅維持高電平。另一方面，若絕緣電阻111減小，則因檢查信號(hào)通過耦合電容c0和絕緣電阻111向地流動(dòng)電流，因檢測電阻r0造成的電壓降而使節(jié)點(diǎn)n1的檢查信號(hào)的電平減小。因此，從差動(dòng)放大單元23向信號(hào)輸入單元13輸出的提取信號(hào)的振幅電平減小，信號(hào)輸入單元13判定絕緣電阻111的異常。

如以上，根據(jù)異常檢測裝置10，不需要在信號(hào)提取單元12中具有昂貴的輸入電容的濾波器電路。而且，第2低通濾波器22除去檢查信號(hào)的頻率分量，并且生成通過了低頻噪聲的信號(hào)，差動(dòng)放大單元23將通過了第2低通濾波器22的信號(hào)和未通過第2低通濾波器22的信號(hào)之間的差信號(hào)，作為提取信號(hào)輸出。根據(jù)這樣的第2低通濾波器22和差動(dòng)放大單元23的作用，可以從信號(hào)提取單元12向信號(hào)輸入單元13輸出的提取信號(hào)中，削減低頻噪聲的影響。因此，根據(jù)實(shí)施方式1的異常檢測裝置10，可以削減高壓電路100的低頻噪聲的影響，并且可以不需要為了提取檢查信號(hào)而具有昂貴的輸入電容的濾波器電路。

(實(shí)施方式2)

圖5表示實(shí)施方式2的異常檢測裝置10a的結(jié)構(gòu)圖。異常檢測裝置10a將差動(dòng)放大單元23a設(shè)為不使用偏置電壓的結(jié)構(gòu)的方面，與實(shí)施方式1不同。對(duì)與實(shí)施方式1同樣的結(jié)構(gòu)，附加與實(shí)施方式1相同的標(biāo)號(hào)并省略詳細(xì)的說明。

差動(dòng)放大單元23a將第1低通濾波器21和第2低通濾波器22的差信號(hào)以規(guī)定增益放大，作為提取信號(hào)輸出。對(duì)差動(dòng)放大單元23a，不供給偏置電壓，差動(dòng)放大單元23a在相減后的電壓值為負(fù)時(shí)輸出零電壓。

信號(hào)輸入單元13從差動(dòng)放大單元23a輸入0v以下的波形被限幅的提取信號(hào)。信號(hào)輸入單元13測量提取信號(hào)的峰值，將峰值和閾值進(jìn)行比較等，判定絕緣電阻111有無異常。

其他的動(dòng)作與實(shí)施方式1中說明的異常檢測裝置10是同樣的。

如以上，根據(jù)異常檢測裝置10a，通過差動(dòng)放大單元23a，提取信號(hào)的0v以下的波形被限幅，另一方面，不需要對(duì)信號(hào)提取單元12供給偏置電壓。因此，除了與實(shí)施方式1同樣的效果之外，還可以實(shí)現(xiàn)整體的電路面積的削減和零件成本的降低。

(實(shí)施方式3)

圖6是實(shí)施方式3的異常檢測裝置10b的結(jié)構(gòu)圖。圖7是圖6的緩沖電路24的具體例子的電路圖。異常檢測裝置10b具有緩沖電路24的方面與實(shí)施方式1不同。對(duì)與實(shí)施方式1同樣的結(jié)構(gòu)，附加與實(shí)施方式1相同的標(biāo)號(hào)并省略詳細(xì)的說明。

異常檢測裝置10b有具有緩沖電路24的信號(hào)提取單元12b。信號(hào)提取單元12b具有第1低通濾波器21、第2低通濾波器22、差動(dòng)放大單元23、以及緩沖電路24。

緩沖電路24從節(jié)點(diǎn)n1輸入信號(hào)，對(duì)第1低通濾波器21和第2低通濾波器22輸出信號(hào)。緩沖電路24的輸入阻抗較大，將輸入的檢查信號(hào)以較少的電壓下降輸出到后級(jí)。

此外，緩沖電路24具有在從高壓電路100輸入的低頻噪聲和高頻噪聲的振幅過大的情況下，抑制這些噪聲的振幅的功能。具體而言，如圖7所示，緩沖電路24具有負(fù)反饋的運(yùn)算放大器op21、輸入電阻r21、分壓用的電阻r22、旁路電容c21、以及保護(hù)二極管d21、d22。輸入電阻r21的一端連接到輸入端子，另一端連接到運(yùn)算放大器op21的同相輸入端子。保護(hù)二極管d21被連接在電源電壓和運(yùn)算放大器op21的同相輸入端子之間，保護(hù)二極管d22被連接在地和運(yùn)算放大器op21的同相輸入端子之間。分壓用的電阻r22被連接在地和運(yùn)算放大器op21的同相輸入端子之間。旁路電容c21被連接在地和運(yùn)算放大器op21的同相輸入端子之間。此外，分壓用的電阻r22和電容c21也可以不接地而連接到第1偏置電壓的輸出或第2偏置電壓的輸出。

通過這樣的結(jié)構(gòu)，在對(duì)緩沖電路24輸入了振幅大的低頻噪聲的情況下，由輸入電阻r21和分壓用的電阻r22降低噪聲的振幅。此外，在對(duì)緩沖電路24輸入了振幅大的高頻噪聲的情況下，通過輸入電阻r21和旁路電容c21，降低噪聲的振幅。由此，即使被輸入了過大振幅的低頻噪聲或高頻噪聲的情況下，也可以將被相加檢查信號(hào)的信號(hào)的振幅抑制在緩沖用的運(yùn)算放大器op21的動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)。

通過這樣的緩沖電路24，可以將輸出到節(jié)點(diǎn)n1的檢查信號(hào)以較少的電壓下降輸出到第1低通濾波器21和第2低通濾波器22。此外，通過緩沖電路24，即使從高壓電路100被輸入過大振幅的低頻噪聲或高頻噪聲，也可以對(duì)檢查信號(hào)不限幅地輸出到第1低通濾波器21和第2低通濾波器22。

其他的動(dòng)作與實(shí)施方式1中說明的異常檢測裝置10是同樣的。

如以上，根據(jù)異常檢測裝置10b，除了實(shí)施方式1的效果之外，通過緩沖電路24，還可得到能夠靈敏度更好地進(jìn)行信號(hào)提取單元12b的檢查信號(hào)的提取的效果。此外，緩沖電路24具有使低頻噪聲和高頻噪聲衰減的功能，所以即使設(shè)置緩沖電路24，也可以避免在信號(hào)輸入單元13的前級(jí)檢查信號(hào)被限幅。

以上，說明了本發(fā)明的各實(shí)施方式。

再者，在上述的實(shí)施方式中，表示了信號(hào)提取單元12具有第1低通濾波器21的結(jié)構(gòu)，但在發(fā)生高頻噪聲少的情況下，也可以省略第1低通濾波器21。此外，第1低通濾波器21也可以設(shè)在節(jié)點(diǎn)n2(參照圖2)的前級(jí)。節(jié)點(diǎn)n2是使檢查信號(hào)分支為通過第2低通濾波器22的信號(hào)路徑和不通過第2低通濾波器22的信號(hào)路徑的點(diǎn)。

此外，在上述的實(shí)施方式中，表示了輸入提取信號(hào)的信號(hào)輸入單元13基于提取信號(hào)的電平進(jìn)行絕緣電阻111的異常的判定的結(jié)構(gòu)。但是，也可以采用將進(jìn)行異常的判定的控制單元單獨(dú)地設(shè)置，控制單元基于對(duì)信號(hào)輸入單元13輸入的提取信號(hào)的電平進(jìn)行絕緣電阻111的異常的判定結(jié)構(gòu)。

工業(yè)實(shí)用性

本發(fā)明可以適用于檢測例如車輛中裝載的高壓電路的絕緣電阻有無異常的異常檢測裝置。

標(biāo)號(hào)說明

10，10a，10b異常檢測裝置

11信號(hào)輸出單元

12，12b信號(hào)提取單元

13信號(hào)輸入單元

21第1低通濾波器(噪聲除去濾波器)

22第2低通濾波器(信號(hào)除去濾波器)

23，23a差動(dòng)放大單元(減法電路)

24緩沖電路

100高壓電路

110電池

120負(fù)載

111絕緣電阻

r0檢測電阻

c0耦合電容